JP2004333150A

JP2004333150A - 表面性状測定機

Info

Publication number: JP2004333150A
Application number: JP2003125190A
Authority: JP
Inventors: Norinaga Fujii; 宣良藤井; Atsushi Tsuruta; 篤鶴田
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP4399188B2

Abstract

【課題】狭い測定部位でも正確かつ高精度に表面性状を測定することができる表面性状測定機を提供する。
【解決手段】モータ１１およびモータ１１によって直線移動されるナット部材１７を含む駆動手段１０と、検出器２０をナット部材１７の直線移動方向に対して略直交する方向へ移動可能に支持するガイド手段３０と、ナット部材１７の直線移動を検出器２０の直線移動に変換する運動変換手段４０とを備える。運動変換手段４０は、ナット部材１７と同方向へ移動されるスライド部材４３と、このスライド部材の底面に形成された傾斜溝４５と、検出器２０を保持する検出器ホルダ３２の上面に設けられ傾斜溝４５に係合する係合ピン４６とから構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の表面性状に応じた検出信号を出力する検出器を被測定物の表面に沿って移動させながら、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機に関する。詳しくは、被測定物の中でも、比較的狭い測定部位の表面性状を測定する表面性状測定機に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の表面性状に応じた検出信号を出力する検出器を被測定物の表面に沿って移動させながら、被測定物の表面性状、たとえば、表面粗さや表面形状などを測定する表面粗さ測定機や形状測定機などが知られている。
従来、これら表面性状を測定する測定機（表面性状測定機）は、被測定物の表面の凹凸を電気信号として検出する検出器と、この検出器を被測定物の表面に沿って移動させる駆動手段とを備える。駆動手段は、検出器の移動方向の軸線上に配置され、検出器をその軸線に沿って移動させる構成である。
【０００３】
ところが、被測定物の測定部位が、クランクシャフトのように、両側が鍔で挟まれた軸の表面部分の場合、鍔の部分が駆動手段に干渉し、測定できない場合が生じる。
このような場合の対応として、検出器と駆動手段との間にＬ字型の中継ユニットを介在させ、検出器を駆動手段の駆動軸線に対して直角に取り付けた構造のもの（特許文献１）が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６ー２１３６５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の装置は、検出器と駆動手段との間にＬ字型の中継ユニットを介在させた構成であるため、必然的に、検出器位置（つまり検出位置）と駆動手段との距離が離れるため、測定誤差が生じやすくなるうえ、剛性や精度面でも問題が残る。
【０００６】
本発明の目的は、狭い測定部位でも正確かつ高精度に表面性状を測定することができる表面性状測定機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面性状測定機は、被測定物の表面性状に応じた検出信号を出力する検出器を被測定物の表面に沿って移動させながら、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機であって、駆動源および前記駆動源によって直線移動される可動部材を含む駆動手段と、前記検出器を前記可動部材の直線移動方向に対して異なる角度方向へ移動可能に支持するガイド手段と、前記可動部材の直線移動を前記検出器の直線移動に変換する運動変換手段とを備えたことを特徴とする。
ここで、可動部材の直線移動方向に対して異なる角度方向とは、可動部材の直線移動方向に対して略直交する方向も含む。
この発明によれば、駆動手段の駆動によって可動部材が直線移動されると、運動変換機構を介して検出器が可動部材の直線移動方向に対して異なる角度方向へ移動されるから、つまり、検出器が駆動手段の直線移動方向に対して異なる角度方向へ移動されるから、狭い測定部位でも正確かつ高精度に表面性状を測定することができる。
【０００８】
以上において、前記駆動手段および検出器は、前記可動部材の移動方向に沿って配置されていることが望ましい。具体的には、略直線状に配置されていることが望ましい。
この発明によれば、駆動手段および検出器は、可動部材の移動方向に沿って配置されているから、幅方向寸法（可動部材の移動方向に対して直交する方向の寸法）については、検出器の移動方向寸法を確保できる程度でよいから、スリムに構成できる。このことは、設置スペースが限られた狭い場所でも設置できる利点がある。
【０００９】
また、前記ガイド手段は、前記可動部材の直線移動方向に対して異なる角度方向に沿って配置されたガイドレールと、前記ガイドレールに沿って移動可能に設けられた検出器ホルダと、前記検出器ホルダに前記検出器を保持する板ばねとを含んで構成されていることが望ましい。
この発明によれば、板ばねを介して検出器を保持した検出器ホルダが、ガイドレールによって移動方向が規定されているから、運動変換手段の運動精度誤差があっても、検出器をガイドレールによって規定された方向、つまり、可動部材の直線移動方向に対して異なる角度方向へ正確に移動させることができる。しかも、検出器が板ばねを介して検出器ホルダに保持されているから、検出器の移動方向に沿って被測定物がうねっていても、その測定部位の表面性状を正確に測定することができる。
【００１０】
また、前記運動変換手段は、前記可動部材とともに可動部材の直線移動方向と同方向へ移動可能に設けられたスライド部材と、前記スライド部材の直線移動を前記検出器ホルダの直線移動に変換する運動変換機構とを含んで構成されていることが望ましい。
ここで、運動変換機構としては、前記スライド部材および検出器ホルダのいずれか一方に設けられこれらスライド部材および検出器ホルダの移動方向に対して傾斜する傾斜溝と、前記スライド部材および検出器ホルダのいずれか他方に設けられ前記傾斜溝に摺動可能に係合する係合部材とを含むことが望ましい。
この発明によれば、前記スライド部材および検出器ホルダのいずれか一方に傾斜溝を、いずれか他方に係合部材を設けるだけの比較的簡単な構成で、可動部材の直線移動を測定器の直線移動に変換する運動変換機構を構成できるから、安価にできる。
【００１１】
また、前記係合部材には、前記傾斜溝の溝壁に対して転動するベアリングが設けられていることが望ましい。
この発明によれば、スライド部材が直線移動したとき、係合部材と傾斜溝の溝壁とが摺接しながら、スライド部材の直線移動が検出器ホルダの直線移動に変換されるが、係合部材には傾斜溝の溝壁に対して転動するベアリングが設けられているから、円滑な動作を保証できるとともに、両者の摩耗を抑えることができる。よって、長期に亘り運動精度を保証できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の表面性状測定機の断面図、図２はその一部を示す底面図である。これらの図に示すように、本表面性状測定機１は、ケース２と、このケース２内に配置され駆動源の駆動によって直線移動される可動部材としてのナット部材１７を含む駆動手段１０と、被測定物の表面性状に応じた検出信号を出力する検出器２０と、この検出器２０をナット部材１７の直線移動方向に対して異なる角度方向、ここでは略直交する方向へ移動可能に支持するガイド手段３０と、ナット部材１７の直線移動を検出器２０の直線移動に変換する運動変換手段４０とを備えている。
【００１３】
ケース２には、前端部両側に一対の脚３が高さ調整可能に設けられているとともに、後端部底面中央に突起状脚４が設けられている。この３つの脚３，４によって、本表面性状測定機１を平面状被測定物のみならず、丸軸状被測定物の円周面上にも安定して載置することができるようになっている。
【００１４】
駆動手段１０は、ケース２に固定された駆動源としてのモータ１１と、このモータ１１の出力軸１２に固定されたギア１３と、このギア１３に噛合されたギア１４と、このギア１４を一端に有し両端側が軸受１５によって回動可能に支持されかつ出力軸１２と略平行に配置された送りねじ軸１６と、この送りねじ軸１６に螺合され上面に係合ピン１８を有するナット部材１７とを含んで構成されている。
【００１５】
検出器２０は、ケース２の内部から外部へ向かって突出されたアーム２１の先端に取り付けられている。検出器２０は、アーム２１の先端に固定された本体２２と、この本体２２の先端に設けられたスタイラス２３およびスキッド２４とを備える。スタイラス２３が測定部位の表面にそって移動していくと、被測定物の表面性状、ここでは表面粗さによってスタイラス２３が上下動される。すると、スタイラス２３の上下動が電気信号として検出され、この上下動に伴う信号とスタイラス２３の移動距離（図１中紙面に垂直方向の距離）とから被測定物の表面粗さが測定されるようになっている。
【００１６】
ガイド手段３０は、ケース２内にナット部材１７の直線移動方向に対して略直交して配置された互いに平行な２本のガイドレール３１と、このガイドレール３１に沿って移動可能に設けられた検出器ホルダ３２と、この検出器ホルダ３２に一端が固定されかつ他端に検出器２０を保持した板ばね３３とを含んで構成されている。
【００１７】
運動変換手段４０は、ケース２内に固定された固定部材４１と、この固定部材４１にボールスライド４２を介してナット部材１７の直線移動方向と同方向へ移動可能に設けられたスライド部材４３と、スライド部材４３の直線移動を検出器ホルダ３２の直線移動に変換する運動変換機構４４とを備えて構成されている。
運動変換機構４４は、スライド部材４３および検出器ホルダ３２のいずれか一方に設けられこれらスライド部材４３および検出器ホルダ３２の移動方向に対して傾斜する傾斜溝４５と、スライド部材４３および検出器ホルダ３２のいずれか他方に設けられ傾斜溝４５に摺動可能に係合する係合部材としての係合ピン４６とを含んで構成されている。
【００１８】
ここでは、スライド部材４３の底面側に傾斜溝４５が形成されているとともに、検出器ホルダ３２の上面側に係合ピン４６が突設されている。係合ピン４６の外周には、傾斜溝４５の溝壁に対して転動するベアリング４７が設けられている。また、スライド部材４３の底面側には、傾斜溝４５のほかに、係合ピン１８が係合する係合孔４８が形成され、この係合孔４８に係合ピン１８の外周に設けられたベアリング４９が係合されている。
また、駆動手段１０のモータ１１、送りねじ軸１６、アーム２１および検出器２０は、平面視（図１中上方から見て）、ナット部材１７の移動方向に沿って略直線状に配置されている。
【００１９】
次に、本実施形態の作用を説明する。
図５に示すように、本表面性状測定機１を、高さ測定器５１などを利用して、被測定物６０の測定部位の高さ位置にセットする。具体的には、高さ測定器５１のスライダ５２（支柱５３に沿って昇降するスライダ５２）に本表面性状測定機１を取り付け、この表面性状測定機１のスタイラス２３が被測定物６０の測定部位６１（鍔６２で挟まれた軸の測定部位：軸の母線方向）に接するように、スライダ５２の高さ位置を調節する。
【００２０】
このようにして表面性状測定機１をセットしたのち、図１および図２の状態において、駆動手段１０のモータ１１が駆動すると、ギア１３，１４を介して送りねじ軸１６が回転されるから、ナット部材１７が図１中右方向へ移動される。すると、ナット部材１７と係合ピン１８を介して係合するスライド部材４３も同方向へ移動される（図３参照）。
スライド部材４３が移動すると、スライド部材４３の傾斜溝４５に沿って係合ピン４６が図２中上方向へ移動される。つまり、図４に示すように、検出器２０がナット部材１７の直線移動方向に対して略直交する方向へ移動される。このとき、検出器２０のスタイラス２３の上下動が電気信号として検出され、この上下動に伴う信号とスタイラス２３の移動距離とから被測定物の表面粗さが測定される。
【００２１】
本実施形態によれば、直線移動されるナット部材１７を含む駆動手段１０と、検出器２０をナット部材１７の直線移動方向に対して略直交する方向へ移動可能に支持するガイド手段３０と、ナット部材１７の直線移動を検出器２０の直線移動に変換する運動変換手段４０とを備えたので、駆動手段１０の駆動によってナット部材１７が直線移動されると、運動変換機構４４を介して検出器２０がナット部材１７の直線移動方向に対して略直交する方向へ移動されるから、つまり、検出器２０が駆動手段１０の直線移動方向に対して略直交する方向へ移動されるから、狭い測定部位でも正確かつ高精度に表面性状を測定することができる。
【００２２】
また、駆動手段１０のモータ１１、送りねじ軸１６およびアーム２１、検出器２０が、ナット部材１７の移動方向に沿って略直線状に配置されているから、幅方向寸法については、検出器２０の移動方向寸法を確保できる程度でよく、スリムに構成できる。このことは、設置スペースが限られた狭い場所でも設置できる利点がある。
【００２３】
また、ガイド手段３０は、ナット部材１７の直線移動方向に対して略直交する方向に沿って配置されたガイドレール３１と、ガイドレール３１に沿って移動可能に設けられた検出器ホルダ３２と、検出器ホルダ３２に検出器２０を保持する板ばね３３とを含んで構成されているから、運動変換手段４０の運動精度誤差（たとえば、スライド部材４３のローリングやピッチングなど）があっても、検出器２０をガイドレール３１によって規定された方向、つまり、ナット部材１７の直線移動方向に対して略直交する方向へ移動させることができる。
しかも、検出器２０が板ばね３３を介して検出器ホルダ３２に保持されているから、検出器２０の移動方向に沿って被測定物がうねっていても、その測定部位の表面性状を正確に測定することができる。
【００２４】
また、運動変換手段４０は、ナット部材１７とともにナット部材１７の直線移動方向と同方向へ移動可能に設けられたスライド部材４３と、スライド部材４３の直線移動を検出器ホルダ３２の直線移動に変換する運動変換機構４４とを含んで構成され、運動変換機構４４は、スライド部材４３の底面に設けられた傾斜溝４５と、検出器ホルダ３２の上面に設けられた係合ピン４６とから構成されているから、比較的簡単な構成で、ナット部材１７の直線移動を検出器２０の直線移動に変換する運動変換機構を構成できる。よって、安価にできる。
【００２５】
また、係合ピン４６には、傾斜溝４５の溝壁に対して転動するベアリング４７が設けられているから、円滑な動作を保証できるとともに、両者の摩耗を抑えることができる。つまり、スライド部材４３が直線移動したとき、係合ピン４６と傾斜溝４５の溝壁とが摺接しながら、スライド部材４３の直線移動が検出器ホルダ３２の直線移動に変換されるが、係合ピン４６には傾斜溝４５の溝壁に対して転動するベアリング４７が設けられているから、円滑な動作を保証できるとともに、両者の摩耗を抑えることができる。
【００２６】
また、ケース２には、前端部両側に一対の脚３が高さ調整可能に設けられているとともに、後端部底面中央に突起状脚４が設けられているから、この３つの脚３，４によって、本表面性状測定機１を平面状被測定物のみならず、丸軸状被測定物の円周面上にも安定して載置することができる。丸軸状被測定物の円周面上に本表面性状測定機１を載置した状態では、検出器２０を丸軸状被測定物の円周方向に沿って移動させることができるから、被測定物の円周方向の表面性状をも測定することができる。
【００２７】
なお、本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、次のような変形例も含む。
たとえば、駆動手段１０については、モータ１１と、ギア１３，１４と、送りねじ軸１６と、ナット部材１７とで構成したが、これに限られない。駆動源としてエアーまたは油圧シリンダを用い、このシリンダによって可動部材を直線移動させるようにしてもよい。
【００２８】
また、検出器２０としては、接触式の検出器に限らず、非接触式の検出器でもよい。非接触式の検出器としては、光学式、磁気式、静電容量式など、被測定物の測定部位や測定項目に応じて選択すればよい。
【００２９】
また、ガイド手段３０としては、２本のガイドレール３１と、検出器ホルダ３２と、板ばね３３とで構成したが、これに限られない。検出器２０を直接ナット部材１７の直線移動方向に対して略直交する方向へ移動可能にガイドできる構造でもよい。
【００３０】
また、運動変換手段４０としては、スライド部材４３と、運動変換機構４４とで構成したが、スライド部材４３を省略するとともに、検出器ホルダ３２に傾斜溝４５を形成し、この傾斜溝４５に係合する係合ピン４６をナット部材１７に設けるようにしてもよい。
また、運動変換機構４４としては、傾斜溝４５と係合ピン４６との構成に限らず、他の構成でもよい。たとえば、ナット部材１７と検出器ホルダ３２との間にアームを回動可能に設け、ナット部材１７の直線移動によってアームを回動させるとともに、そのアームの回動によって検出器ホルダ３２を略直線移動させるようにしてもよい。要は、ナット部材１７の直線移動を検出器２０の略直線移動に変換できる構造であればいずれでもよい。
【００３１】
さらに、本実施形態では、傾斜溝４５の傾斜角度（ナット部材１７の移動方向に対する傾斜溝４５の溝方向角度）をたとえば４５度に固定したが、この傾斜角度を４５度以外の角度としてもよい。すなわち、傾斜角度が４５度の場合は、ナット部材１７（あるいはスライド部材４３）の移動量と検出器２０の移動量とは同一となるが、他の角度とすることによって、ナット部材１７（あるいはスライド部材４３）の移動量に対して検出器２０の移動量を拡大あるいは縮小させることができる。
また、この傾斜溝４５の傾斜角度を任意角度に可変設定可能とすれば、ナット部材１７（あるいはスライド部材４３）の移動量に対する検出器２０の移動量の拡大率あるいは縮小率を可変にできる。
【００３２】
また、本実施形態では、ガイドレール３１のガイド方向は、ナット部材１７（スライド部材４３）の移動方向に対して略直交する方向に固定したが、これに対して、ガイドレール３１のガイド方向をナット部材１７（スライド部材４３）の移動方向に対して直交方向以外の方向としてもよい。すなわち、ガイドレール３１のガイド方向がナット部材１７の移動方向に対して直交方向の場合、検出器２０の移動方向はナット部材１７の移動方向に対して直交方向とされるが、ガイドレール３１の設置角度を任意方向へ可変設定可能とし、ガイド方向を変更できるようにしてもよい。
【００３３】
このようにすれば、ナット部材１７の移動方向に対して、検出器２０の移動方向を直交方向以外の角度とすることができる。たとえば、ガイド方向をナット部材１７の移動方向と同一とし、傾斜溝４５の傾斜角度をナット部材１７の移動方向に対して直交方向とすれば、検出器２０をナット部材１７の移動方向と同一とすることができる。このよう構成によって、ナット部材１７の移動方向に対して、検出器２０の移動方向が任意に選択可能となるので、被測定物の測定部位に対する表面性状測定の自由度が飛躍的に向上する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の表面性状測定機によれば、狭い測定部位でも正確かつ高精度に表面性状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態において、検出器の移動前の状態を示す図。
【図２】図１の状態において、底面の一部を示す図。
【図３】同上実施形態において、検出器の移動後の状態を示す図。
【図４】図３の状態において、底面の一部を示す図。
【図５】本実施形態の表面性状測定機の使用例を示す斜視図。
【符号の説明】
１表面性状測定機
２ケース
１０モータ（駆動源）
１６送りねじ軸
１７ナット（可動部材）
２０検出器
３０ガイド手段
３１ガイドレール
３２検出器ホルダ
３３板ばね
４０運動変換手段
４３スライド部材
４４運動変換機構
４５傾斜溝
４６係合ピン（係合部材）
４７ベアリング

Claims

被測定物の表面性状に応じた検出信号を出力する検出器を被測定物の表面に沿って移動させながら、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機であって、
駆動源および前記駆動源によって直線移動される可動部材を含む駆動手段と、
前記検出器を前記可動部材の直線移動方向に対して異なる角度方向へ移動可能に支持するガイド手段と、
前記可動部材の直線移動を前記検出器の直線移動に変換する運動変換手段とを備えたことを特徴とする表面性状測定機。
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記駆動手段および検出器は、前記可動部材の移動方向に沿って配置されていることを特徴とする表面性状測定機。
請求項１または請求項２に記載の表面性状測定機において、
前記ガイド手段は、前記可動部材の直線移動方向に対して異なる角度方向に沿って配置されたガイドレールと、前記ガイドレールに沿って移動可能に設けられた検出器ホルダと、前記検出器ホルダに前記検出器を保持する板ばねとを含んで構成されていることを特徴とする表面性状測定機。
請求項３に記載の表面性状測定機において、
前記運動変換手段は、前記可動部材とともに可動部材の直線移動方向と同方向へ移動可能に設けられたスライド部材と、前記スライド部材の直線移動を前記検出器ホルダの直線移動に変換する運動変換機構とを含んで構成されていることを特徴とする表面性状測定機。
請求項４に記載の表面性状測定機において、
前記運動変換機構は、前記スライド部材および検出器ホルダのいずれか一方に設けられこれらスライド部材および検出器ホルダの移動方向に対して傾斜する傾斜溝と、前記スライド部材および検出器ホルダのいずれか他方に設けられ前記傾斜溝に摺動可能に係合する係合部材とを含むことを特徴とする表面性状測定機。
請求項５に記載の表面性状測定機において、
前記係合部材には、前記傾斜溝の溝壁に対して転動するベアリングが設けられていることを特徴とする表面性状測定機。